1、第8章 醫學信息處理新技術參考文獻l雷萬云. 云計算技術、平臺及應用.清華大學出版社l埃里克. 托普. 顛覆醫療 大數據時代的個人健康革命.電子工業出版社l唐雄燕等.基于物聯網的智慧醫療技術及其應用.電子工業出版社l馮建.物聯網技術概論.機械出版社l2006年8月，Google首席執行官埃里克施密特首次提出“云計算”（Cloud Computing）的概念lWiki對云計算的定義是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡，服

2、務器，存儲，應用軟件，服務），只需投入很少的管理工作就能夠快速提供這些資源，與服務供應商進行很少的交互。l云計算的核心思想，是將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池，向用戶按需服務。提供資源的網絡被稱為“云”。“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴展，按使用付費。l四大特征：四大特征：l按按需自助獲取需自助獲取服務：服務：服務可計量服務可計量 l網絡網絡接入接入方式方式: :無所不在的網絡訪問無所不在的網絡訪問l響響應和應和釋放對應的釋放對應的服務：服務：快速彈性快速彈性l獲取獲取資源池中的計算資源池中的計算資源資源: :劃分用戶獨

3、立的資源池劃分用戶獨立的資源池 l分布式計算（分布式計算（Distributed Computing）l并行計算并行計算（Parallel Computing）l效用效用計算（計算（Utility Computing）l網絡網絡存儲（存儲（Network Storage Technologies）l虛擬虛擬化（化（Virtualization）l負載負載均衡（均衡（Load Balance）l熱熱備份冗余（備份冗余（High Available） 開發計算開發計算用服務端和客戶端。服務端負責用服務端和客戶端。服務端負責將計算問題分成許多小的計算部分，然后將計算問題分成許多小的計算部分，然后把它

4、分把它分配給配給許多聯網參與計算的計算機進行并行處理，最后將這許多聯網參與計算的計算機進行并行處理，最后將這些計算結果綜合起來得到最終的結果。些計算結果綜合起來得到最終的結果。一種基于計算資源使用量付費的商業模式。服務一種基于計算資源使用量付費的商業模式。服務提供商產生客戶需要的計算資源和基礎設施管理提供商產生客戶需要的計算資源和基礎設施管理，客戶從計算資源供應商獲取和使用計算資源并基于客戶從計算資源供應商獲取和使用計算資源并基于實際使用的資源付費。實際使用的資源付費。效用計算的具體目標是結合分散各地的服務器、效用計算的具體目標是結合分散各地的服務器、存儲系統以及應用程序來立即提供需求數據的技

5、術存儲系統以及應用程序來立即提供需求數據的技術，使得用戶能夠象把燈泡插入燈頭一樣來使用計算，使得用戶能夠象把燈泡插入燈頭一樣來使用計算機資源。機資源。NASNAS（Network Attached Storage-Network Attached Storage-網絡網絡附加存附加存儲），即將儲），即將存儲設備通過標準的網絡拓撲結構（存儲設備通過標準的網絡拓撲結構（例如以太網）連接到一群計算機上。例如以太網）連接到一群計算機上。NASNAS是部件級是部件級的存儲方法，它的重點在于幫助解決迅速增加存的存儲方法，它的重點在于幫助解決迅速增加存儲容量的需求儲容量的需求。SANSAN存儲區域存儲區域網

6、網( (Storage Area Network）是是獨立獨立于服務器網絡系統之外的高速光纖存儲網絡于服務器網絡系統之外的高速光纖存儲網絡, ,這種這種網絡采用高速光纖通道作為傳輸體網絡采用高速光纖通道作為傳輸體, , 以以SCSI-3SCSI-3協協議作為存儲訪問協議議作為存儲訪問協議. .將存儲系統網絡化，實現真將存儲系統網絡化，實現真正的高速共享存儲。正的高速共享存儲。不同層次的虛擬化技術桌面虛擬化、應用桌面虛擬化、應用虛擬化、整合應用虛擬化、整合應用與數據與數據服務器虛擬化、存服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛儲虛擬化、網絡虛擬化、整合服務器、擬化、整合服務器、存儲和網絡資源存儲和網絡資

7、源應用應用應用應用虛擬機虛擬機虛擬機虛擬機網絡網絡存儲存儲服務器服務器桌面虛擬化桌面虛擬化 ：通過虛擬化技術將桌面與：通過虛擬化技術將桌面與底層硬件分離，使桌面操作系統、應用底層硬件分離，使桌面操作系統、應用程序和數據能夠以獨立的方式進行管理程序和數據能夠以獨立的方式進行管理服務器虛擬化服務器虛擬化 ：在一臺物理主機上虛擬：在一臺物理主機上虛擬出多個虛擬機（出多個虛擬機（VMVM），各個虛擬機之間），各個虛擬機之間相互隔離，并能同時運行相互獨立的操相互隔離，并能同時運行相互獨立的操作系統，客戶操作系統通過虛擬機管理作系統，客戶操作系統通過虛擬機管理器（器（VMMVMM）訪問實際的物理資源。）訪

8、問實際的物理資源。負載負載均衡（均衡（Load Balance），），其意思就是分攤到其意思就是分攤到多個操作單元上進行執行多個操作單元上進行執行。它是建立。它是建立在現有網絡結在現有網絡結構之上，它提供了一種廉價有效透明的方法擴展網構之上，它提供了一種廉價有效透明的方法擴展網絡設備和服務器的帶寬、增加吞吐量、加強網絡數絡設備和服務器的帶寬、增加吞吐量、加強網絡數據處理能力、提高網絡的靈活性和可用性據處理能力、提高網絡的靈活性和可用性。內建內建Inbound Load Balance （鏈路負載均衡（鏈路負載均衡）Server Load Balancing（服務器負載均衡）（服務器負載均衡）V

9、PN Trunk 負載均衡負載均衡l提供了更多的存儲和處理能力l帶來了信息獲取、數據處理和分析，以及從全球任何地點連接人和資源的新方法l最終用戶再也不會被完全綁定到一臺PC、一個地點或一個網絡。l網絡和通信系統提供的通信服務l服務器設備提供的計算資源l數據存儲空間提供的存儲服務l操作系統、中間件和數據庫等軟件服務云計算部署l私有云、公有云、社區云和混合云l私有云：為某個機構服務內部構建的云計算服務模式，通常限于機構內部使用，不對外開放，既可獨立運作，也可委托第三方管理l公有云：資源以服務的方式提供給大眾或廣大企業群體，資源可以是應用程序平臺或基礎設施，提供的服務被公眾所擁有l社區云：支持某個具

10、有共同需求的社區；l混合云是通過標準化的技術將兩個以上的云組合到一起的方式，每種云保持獨立。云計算的特點（1）存儲層：存儲層是云存儲最基礎的部分，采用SAN或NAS存儲設備。（2）基礎管理層：通過集群、分布式文件系統和網格計算等技術，實現云存儲中多個存儲設備之間的協同工作，對外提供同一種服務。（3）應用接口層：不同的云存儲運營商開發不同的應用服務接口，提供不同的應用服務。（4）訪問層：任何一個授權用戶都可以通過標準的公用應用接口來登錄云存儲系統，享受云存儲服務。lAmazon Web Services (AWS) 是Amazon公司提供的一組網絡服務或者云服務lAWS面向應用開發人員，為客戶端

11、應用和Web網站提供在線服務Amazon Elastic Compute Cloud (EC2)l提供了快速可擴展、可重構的計算資源提供了快速可擴展、可重構的計算資源l極大方便了極大方便了webweb應用的開發和維護應用的開發和維護l以簡單的以簡單的webweb服務接口向用戶提供計算資源服務接口向用戶提供計算資源l改變了計算的商業模型，改變了計算的商業模型，“Pay as you usePay as you use”l哈佛醫學院將哈佛醫學院將IT平臺搭建在平臺搭建在Amazon EC2上，上，形成私有云。形成私有云。管理管理交流交流工作工作共享共享Google Charts云計算應用案例 ：G

12、oogle不管你是否意識到，不管你是否意識到，Google正在改變我們的生活方式正在改變我們的生活方式Google云計算：以用戶數據為中心musicpreferencesmapsnewscontactsmessagesmailing listsphotoe-mailscalendarphone numbersinvestmentsl金蝶hBOS云平臺l區域衛生信息平臺、數字化醫院、居民健康服務和管理l江西醫療云項目是為江西省搭建在無錫城市云計算中心的醫療信息系統。覆蓋了江西省宜春、贛州、南昌和九江四個市及縣的一級醫院，共計4000多個終端。l具有以下優勢：1）數據安全。2）信息共享。3）動態擴

13、展。4）布局全國 信息管理中心信息管理中心 匯聚節點匯聚節點監測區域監測區域物聯網示意圖物聯網示意圖監測節點監測節點 其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。 物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；意義：實現了物理空間與數字空間的無縫連接。在未來之路中，比爾蓋茨已經提及物聯網概念只是當時受限于無線網絡、硬件及傳感設備的發展，并未引起重視。MIT Auto-ID Center 提出物聯網概念即把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。日本總務省提出 u-Japan ，希望在 2010 年將日本建設成一個“Any

14、time，Anywhere，Anything，Anyone”都可以上網的環境。韓國政府制定了 u-Korea 戰略。早在20世紀40年代，美國數學家諾伯特維納在其代表作控制論，或關于在動物和機器中的通訊和控制的科學中已提出了物聯網的最初思想。l全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息 。l可靠傳遞：通過各種網絡融合、業務融合、終端融合、運營管理融合，將物體的信息實時、準確地傳遞出去。 l智能處理：利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量數據和信息進行分析和處理，實現對物體實時智能化控制。 本質：一一 感知互動層感知互動層二二 網絡傳輸層網絡傳輸層三三 應用服務層應用

15、服務層物聯網組網體系五自特征五自特征1.自組織（自組織（self-organizing)2.自管理（自管理（self-Administering）3.自維護（自維護（self-Maintaining）4.自配置（自配置（self-Configurating）5.自適應自適應(Adaptation)RFID并發服務質量保障跨層擁塞控制技術高能效MAC與路由技術精確同步與定位傳感器網絡傳感器網絡行業與技術標準化、規范制定認知無線電通信技術機會通信技術精細化頻譜監測管控多體制無線接入技術專業微型傳感器集成射頻的片上系統基于MIMS的一體化設備事件驅動專用處理器1. 組網體系組網體系2. 短距離通信短

16、距離通信3. 軟件工具軟件工具4. 專用器件專用器件基于特性語義的匿名標示、隱私安全微型低功耗、可泛在接入與傳感物理環境物理環境Cyber空間空間嵌入式軟件設計技術多模態智能人機交互技術共性服務中間件技術專用一體化開發測試工具物理世界智能感知物理世界智能感知CyberCyber空間重建空間重建在這些技術當中，又以底層嵌入式設備芯片開發最為關鍵，引領整個行業的上游發展，以下我們著重介紹 RFID 技術。Internet 與移動網絡網絡服務行業應用軟件射頻識別(RFID)裝置WSN 網絡紅外感應器全球定位系統p沃爾瑪使用的沃爾瑪使用的RRIDRFID技術的基本工作原理 RFID RFID技術的優勢

17、技術的優勢與傳統的條形碼相比n日本東京大學日本東京大學坂村健教坂村健教授在計算所介紹授在計算所介紹RFIDRFID。n蘿卜上的蘿卜上的RFIDRFID記錄了整記錄了整個蘿卜生產信息（產地、個蘿卜生產信息（產地、施肥、農藥），運輸信施肥、農藥），運輸信息等。買家在超市可以息等。買家在超市可以追蹤這些信息。追蹤這些信息。n桌子上的煙、酒、飲料桌子上的煙、酒、飲料都有都有RFIDRFID。短距通信海量用頻設備需要精細化頻譜監測管控海量用頻設備需要精細化頻譜監測管控物聯網終端需要支持多體制無線接入，實現無縫泛在接入網絡物聯網終端需要支持多體制無線接入，實現無縫泛在接入網絡認知無線電技術和機會通信技術認

18、知無線電技術和機會通信技術l利用人工智能所采用的各種方法和手段，實現智能控制技術l物體中植入智能系統, 可以使得物體具備一定的智能性，能夠對物體的運動軌跡控制、準確的定位和跟蹤目標等物聯網軟件系統嵌入式軟件協同系統優化設計技術嵌入式軟件協同系統優化設計技術上下文感知的系統自適應設計技術上下文感知的系統自適應設計技術軟硬協軟硬協同技術同技術多模態智能人機交互技術多模態智能人機交互技術人、機、物協調的互操作環境人、機、物協調的互操作環境人機交人機交互技術互技術嵌入式網絡的中間件技術嵌入式網絡的中間件技術可運營可管理的云計算服務中間件技術可運營可管理的云計算服務中間件技術中間件中間件技術技術并行化處

19、理的操作系統平臺并行化處理的操作系統平臺開發、編譯、調試、測試一體化開發工具開發、編譯、調試、測試一體化開發工具開發測開發測試工具試工具 具有多種射頻接入能力的物聯網網關SOC芯片 傳感事件驅動的低功耗安全芯片 具有頻譜環境感知功能的低功耗射頻前端處理芯片物聯網核心芯片 三維空間感知位置傳感器 低成本微型專業傳感器面向行業的微型高精度傳感器設計與研制技術 多模式互聯網無縫接入能力 基于SOC和MIMS的微功耗、微型一體化終端 適應環境的自治安全的協作控制技術物聯網專用微型智能終端寬帶移動通信寬帶移動通信G網/C網共存技術LTE技術WiFi/WiMax技術IMT-Advanced技術NGN與與I

20、Pv6產業化、業務拓展和技術革新多體制接入共存技術多媒體高速接入技術v4到v6的平滑過渡技術6LowPAN技術V6下P2P重疊網絡技術移動IPv6網絡規模無限擴展技術超高速骨干交換高速桌面接入1. 無線寬帶無線寬帶2. 寬帶接入寬帶接入3. IPv6技術技術4. NGN技術技術疆域覆蓋、寬帶接入無限擴展、高速交換、質量可控采集信息采集信息融合信息融合信息物聯網的相關技術物聯網的相關技術泛泛在接入與傳輸在接入與傳輸信息處理技術信息處理技術基礎軟件技術基礎軟件技術超算平臺技術超算平臺技術海量感知數據分布式存儲、檢索技術海量感知數據分布式存儲、檢索技術物理實體的匿名標識與映射技術物理實體的匿名標識與

21、映射技術人性化服務發現與信息發布技術人性化服務發現與信息發布技術具有傳感信息實時交互能力的分布式數據倉庫設計技術具有傳感信息實時交互能力的分布式數據倉庫設計技術并行化處理的操作系統設計技術并行化處理的操作系統設計技術面向物聯網的共性服務中間件系統設計技術面向物聯網的共性服務中間件系統設計技術面向物聯網的一體化開發和評測工具面向物聯網的一體化開發和評測工具并行處理計算結構新體系研究并行處理計算結構新體系研究多核陣列超級計算系統研發多核陣列超級計算系統研發智能控制技術智能控制技術分布式協作控制分布式協作控制分布式安全控制算法與協議分布式安全控制算法與協議移動計算與移動控制模型移動計算與移動控制模型

22、計算計算、處理與控制、處理與控制智慧城市智慧交通智慧城管智慧天網智慧能源智慧社區智慧醫療智慧物流智慧環保智慧樓宇智慧景區l智慧醫療是一套融合物聯網、云計算等技術，以患者數據為中心的醫療服務模式。l采用新型傳感器、物聯網、通信等技術結合現代醫學理念，構建出以電子健康檔案為中心的區域醫療信息平臺，將醫院之間的業務流程進行整合，優化了區域醫療資源，實現跨醫療機構的在線預約和雙向轉診，縮短病患就診流程、縮減相關手續、使得醫療資源合理化分配，真正做到以病人為中心的智慧醫療。l智慧醫療的服務模式主要分為數據獲取、知識發現和遠程服務三個階段。l2004年美國食品和藥品管理局（FDA）通過立法，加強RFID和

23、其它相關技術來對藥品在運輸、銷售、防偽、追蹤體系的應用l英特爾公司推出了無線傳感器網絡的家庭護理技術，通過在鞋、家具和家用電器等中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活l2011年，FDA批準了蘋果iPad/iPhone對CT、MRI的結果判讀l蘋果iPad/iPhone讓醫生利用手機來隨時跟蹤病人的病情、記錄用戶的心電、血壓、血氧等各項生命體征。醫院管理信息化階段臨床管理信息化階段區域衛生信息化階段醫 療 系 統 1.2 智慧醫療的發展l區域衛生系統由區域衛生平臺和公共衛生系統兩部分組成。l家庭健康系統是最貼近市民的健康保障，包括針對行動不便無法送往醫院進行

24、救治病患的視訊醫療，對慢病以及老幼病患遠程照護，對智障、殘疾、傳染病等特殊人群的健康監測，還包括自動提示用藥時間、服用禁忌、剩余藥量等的智能服藥系統。用戶醫生服務平臺網絡體征檢測設備數字醫療設備BACK用戶用戶的運動能量數據采集完畢BACK用戶用戶心電圖健康管理終端設備測量方式SMS、Phone健康管理服務平臺BACK用戶血糖儀血壓計用戶的血壓與血糖數據采集完畢BACKBACK微型檢測機器人l直接口服進人體，減少病人痛苦直接口服進人體，減少病人痛苦l可以配合外接無線通信設備，實現遠程診療可以配合外接無線通信設備，實現遠程診療BACK手術輔助機器人l運用人工智慧技術，實用機器人進行手術操作，可幫

25、助外運用人工智慧技術，實用機器人進行手術操作，可幫助外科醫生更加精確的進行外科手術，避免醫療事故的發生。科醫生更加精確的進行外科手術，避免醫療事故的發生。l通過高質量專線保障，還可進行遠程機器人控制通過高質量專線保障，還可進行遠程機器人控制BACK遠程醫療監護l遠程醫療。將農村、社區居民的有關健康信息通過無遠程醫療。將農村、社區居民的有關健康信息通過無線和視頻方式傳送到后方，建立個人醫療檔案線和視頻方式傳送到后方，建立個人醫療檔案l移動生命體征監護。移動生命體征監護。l生命體征采集設備：血壓、血氧、心率、體溫、心電傳生命體征采集設備：血壓、血氧、心率、體溫、心電傳感器，通過監測體溫、心跳等一些

26、生命體征，感器，通過監測體溫、心跳等一些生命體征，l數據傳輸網絡數據傳輸網絡l數據存儲及分析模塊數據存儲及分析模塊l為每個客戶建立一個包括該人體重、膽固醇含量、脂肪為每個客戶建立一個包括該人體重、膽固醇含量、脂肪含量、蛋白質含量等信息的身體狀況，實時分析人體健含量、蛋白質含量等信息的身體狀況，實時分析人體健康狀況。康狀況。l例如：美國斯坦福大學例如：美國斯坦福大學“可穿戴式生理監護儀可穿戴式生理監護儀”CPOD醫療設備與藥品防偽l例如，把藥品信息傳送到公共數據庫中，患者例如，把藥品信息傳送到公共數據庫中，患者或醫院可以將標簽的內容和數據庫中的記錄進或醫院可以將標簽的內容和數據庫中的記錄進行核對

27、，方便地識別假冒藥品行核對，方便地識別假冒藥品 藥品存儲藥品制劑防誤醫療器械與藥品追溯l20072007年首先試驗建立了植入性醫療器械與患者年首先試驗建立了植入性醫療器械與患者直接關聯的追溯系統，系統使用直接關聯的追溯系統，系統使用GSIGSI標準標識標準標識醫療器械，并在上海地區的醫院廣泛應用醫療器械，并在上海地區的醫院廣泛應用 醫療垃圾信息管理全方位全過程智慧醫院的建設目標病人、醫護人員、藥品、耗材等病人、醫護人員、藥品、耗材等任何部門、所有科室任何部門、所有科室病人治療、住院的過程病人治療、住院的過程全對象臨床醫療業務系統CIS醫院綜合管理系統外部系統接口臨床移動信息系統移動門診輸液系統

28、移動臨床信息系統嬰兒安全系統病人無線定位管理系統營養點配餐管理系統設備藥品定位系統等醫生工作站護士工作站LISRISPACS電子病歷EMR/HER手術麻醉系統辦公自動化系統查詢與分析系統決策管理系統醫院門戶系統區域衛生信息系統接口醫保接口系統其他醫療機構接口系統臨床業務輔助系統門診和住院費用管理系統門診掛號系統分診叫號系統藥品信息管理系統固定資產管理系統供應室管理系統手術示教系統遠程會診系統自助服務查詢系統基于手機平臺的醫療技術l移動醫療的概念l國際醫療衛生會員組織HIMSS給出的定義為，mHealth，就是通過使用移動通信技術例如PDA、移動電話和衛星通信來提供醫療服務和信息，具體到移動互聯

29、網領域，則以基于安卓和iOS等移動終端系統的醫療健康類App應用為主。l不再受網絡制約，打破地域的限制，解決醫療資源分布不均的問題移動醫療就醫過程l患者通過使用移動通信設備完成遠程預約，在指定預約時間到醫院就診后，無需打印各項檢查結果和報告，醫生會根據系統反饋的患者檢查結果開出相應的醫囑和處方；系統會將電子簽名的醫囑和處方發送給患者；系統還會向患者發送健康指導，以及各類具有針對性的通知提醒。l患者在家中可以利用數字化監測設備，記錄血壓、血糖、心跳、心電圖等數據，通過隨身佩戴的傳感器獲得體征信息直接傳遞給醫生。移動醫療的分類移動醫療的分類1.基于智能手機的模式lHeartToGo個基于智能手機的平臺，可以通過ECG傳感器連續監測使用者的心電信號，實時分析并監測可能導致心血管疾病的異常模式。該系統用人工神經網絡自適應地分析使用者的生理情況體